Onderzoekers van de Universiteit Uppsala hebben een bom laten vallen op de zonne-economie: de zon bevat 55 procent meer zilver dan eerdere berekeningen suggereerden. De bijgewerkte schatting komt van een realistischer model van de zonneatmosfeer en helpt een langdurige mismatch in de gemeten hoeveelheid zilver in het zonnestelsel op te lossen.

De zon, zoals de meeste sterren, bestaat bijna volledig uit waterstof en helium. Zwaardere elementen, waaronder koolstof, ijzer en zilver, maken slechts 1,5 procent van zijn massa uit. Zelfs in zulke kleine hoeveelheden zijn deze elementen zeer waardevol voor astronomen omdat ze aanwijzingen bewaren over de geschiedenis en chemische ontwikkeling van de kosmos.

"De nieuwe kennis over de samenstelling van de zon is belangrijk voor het begrip van andere sterren, planeten en kosmisch materiaal, omdat de zon een van de belangrijkste referentiepunten in de astronomie is," zegt Sema Caliskan, die het werk uitvoerde tijdens haar promotieonderzoek aan de afdeling Natuurkunde en Sterrenkunde van de Universiteit Uppsala.

Zware elementen worden gecreëerd in sterren en tijdens stellaire explosies. Ze worden later opgenomen in nieuwe sterren, planeten en ander kosmisch materiaal. Het meten van hoeveel van elk element aanwezig is, helpt wetenschappers de chemische evolutie van de Melkweg te traceren.

Om het zilvergehalte van de zon te meten, bestudeerden de onderzoekers zonlicht via spectroscopie. Atomen in de zonneatmosfeer absorberen licht op bepaalde golflengtes, waardoor donkere kenmerken in het spectrum ontstaan, spectraallijnen genaamd. Elk element creëert zijn eigen kenmerkende set lijnen, vergelijkbaar met een vingerafdruk.

Wetenschappers vergelijken deze patronen met modellen van de zonneatmosfeer om te berekenen hoeveel van een element aanwezig is. Eerdere schattingen waren gebaseerd op vereenvoudigde modellen. In de nieuwe studie ontwikkelde het team een geavanceerdere aanpak die een 55 procent hogere zilverschatting opleverde dan voorheen.

De onderzoekers combineerden een dynamisch model van de buitenste lagen van de zon met verbeterde berekeningen uit de atoomfysica. Hierdoor konden ze nauwkeuriger beschrijven hoe zilveratomen interageren met licht en omringende deeltjes. In tegenstelling tot eerdere methoden houden de nieuwe berekeningen ook rekening met niet-evenwichtseffecten. In dit geval beïnvloedt het licht zelf dezelfde zilveratomen die verantwoordelijk zijn voor het produceren van de donkere absorptielijnen.

Het oplossen van het ontbrekende zilverprobleem van het zonnestelsel

"Met ons nieuwe model konden we de spectraallijnen die worden gebruikt om de zilverhoeveelheid in de zon te bepalen, nauwkeuriger interpreteren," zegt Sema Caliskan, die haar promotieonderzoek begon met de structuur van atomen en later haar expertise toepaste op problemen in de stellaire astrofysica.

Het herziene resultaat pakt een langdurig probleem met zilver in het zonnestelsel aan. Eerdere metingen suggereerden dat de zon aanzienlijk minder zilver bevatte dan chemisch primitieve meteorieten. Dat verschil was moeilijk te verklaren omdat de zon en die meteorieten ongeveer 4,6 miljard jaar geleden uit dezelfde wolk van gas en stof zijn gevormd.

Met de nieuwe berekening is de zilverhoeveelheid van de zon nu veel consistenter met de hoeveelheid die in deze oude meteorieten wordt gevonden.

De bevindingen kunnen ook het begrip van wetenschappers verbeteren over hoe zilver en andere zware elementen worden gevormd in sterren en stellaire explosies voordat ze deel worden van latere generaties sterren en planeten. De onderzoekers zijn nu van plan dezelfde methode te gebruiken om andere sterren te bestuderen.

"Door het licht van sterren van verschillende typen en leeftijden te bestuderen, hopen we te begrijpen waar zilver in het universum wordt gevormd en hoe het in de loop van de tijd in de Melkweg is verspreid," zegt Sema Caliskan.

De berekeningen werden uitgevoerd met Tetralith, een Zweedse supercomputer bij het National Supercomputer Centre van de Universiteit Linköping. Het project combineerde expertise in stellaire fysica en atoommodellering.

Vergelijkbare methoden zijn eerder gebruikt om andere elementen te bestuderen, maar dit is de eerste keer dat de aanpak is toegepast op zilver in de zon.

Materiaal verstrekt door de Universiteit Uppsala.